JP6296420B2 - ターボ過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、車両に減速度を生じさせるために目標トルクが瞬間的に低下した場合、目標トルクの低下に応じて過給圧を低下させるようにターボ過給機の制御が行われるので、その後目標トルクが瞬間的に上昇したとき、目標トルクの上昇に対して過給圧の上昇が追い付かず、加速レスポンスが悪化してしまう。
このように構成された本発明においては、エンジン制御手段は、車両の旋回状態に基づき決定されたトルク低減量を反映した最終目標トルクを出力させるようにエンジンを制御するので、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に対して高い応答性でトルク低減量を得られるようにエンジンを制御して、荷重を迅速に前輪に加えることができ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するようにエンジンを制御することができる。
また、ターボ過給機制御手段は、トルク低減量の増大に応じてターボ過給機の過給圧が低下することを制限するので、トルク低減量をそのまま反映した最終目標トルクの瞬間的な変化に応じてターボ過給機を制御することにより過給圧が低下することを防止し、その後目標トルクが瞬間的に上昇した場合、目標トルクの上昇に対して高い応答性で過給圧を上昇させることができ、これにより、加速レスポンスの悪化を抑制することができる。
このように構成された本発明においては、ターボ過給機制御手段は、トルク低減量を反映していない基本目標トルクに基づきターボ過給機を制御するので、トルク低減量を反映した最終目標トルクの瞬間的な変化に応じてターボ過給機を制御することにより過給圧が低下することを防止し、加速レスポンスの悪化を抑制することができる。
このように構成された本発明においては、ステアリング操作に基づき決定されたトルク低減量の時間変化を最終目標トルクの時間変化に反映することができ、これにより、ドライバのステアリング操作に応じた減速度を車両に迅速に付加して荷重を前輪に加え、コーナリングフォースを迅速に増大させることによりステアリング操作に対する応答性を向上させることができ、加速レスポンスの悪化を抑制しつつ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するようにエンジンを制御することができる。
このように構成された本発明においては、車両の操舵が開始され、車両の操舵速度が増大し始めると、トルク低減量を迅速に増大させることができ、これにより、車両の操舵開始時において減速度を迅速に車両に付加し、十分な荷重を操舵輪である前輪に迅速に加えることができる。これにより、操舵輪である前輪と路面との間の摩擦力が増加し、前輪のコーナリングフォースが増大するので、カーブ進入初期における車両の回頭性を向上することができ、加速レスポンスの悪化を抑制しつつ、ステアリングの切り込み操作に対する応答性を向上できる。
このように構成された本発明においては、目標加速度に基づき基本目標トルクを決定するので、加速レスポンスの悪化を抑制しつつ、ドライバの意図する加速を正確に実現するようにエンジンを制御することができる。
このように構成された本発明においては、トルク低減量を反映した最終目標トルクに応じてディーゼルエンジンの燃料噴射量を変化させることにより、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づき決定されたトルク低減量の時間変化を高い応答性で正確に実現することができ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するようにディーゼルエンジンを制御することができる。
このように構成された本発明においては、気筒内に導入される空気量や点火時期を変化させることにより、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態に基づき決定されたトルク低減量の時間変化を高い応答性で正確に実現することができ、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するようにガソリンエンジンを制御することができる。
まず、図1により、本発明の実施形態によるターボ過給機付きエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図1は、本発明の実施形態によるターボ過給機付きエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
また、吸気系INにおいて、エアクリーナ3の直下流側の吸気通路1上には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ101と吸気温度を検出する吸気温度センサ102とが設けられ、ターボ過給機5には、吸気の圧力を検出する吸気圧センサ103が設けられ、インタークーラ8の直下流側の吸気通路1上には、吸気温度を検出する吸気温度センサ106が設けられ、吸気シャッター弁7には、この吸気シャッター弁7の開度を検出する吸気シャッター弁位置センサ105が設けられ、サージタンク12には、吸気マニホールドにおける吸気の圧力を検出する吸気圧センサ108が設けられている。これらの、吸気系INに設けられた各種センサ101〜108は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号S101〜S108をPCM60に出力する。
また、排気系EXにおいては、ターボ過給機5のタービンの上流側の排気通路41上には、排気圧を検出する排気圧センサ109が設けられ、DPF46の直下流側の排気通路41上には、酸素濃度を検出するリニアO2センサ110が設けられている。これらの、排気系EXに設けられた各種センサ109及び110は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号S109及びS110をPCM60に出力する。
本発明の実施形態によるPCM60(ターボ過給機付きエンジンの制御装置)は、上述した各種センサ101〜110の検出信号S101〜S110に加えて、ステアリングホイールの回転角度を検出する操舵角センサ96、アクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ97、車速を検出する車速センサ98、外気温を検出する外気温センサ99、及び、大気圧を検出する大気圧センサ100のそれぞれが出力した検出信号S96〜S100に基づいて、ターボ過給機5、燃料噴射弁20、及びEGR装置43に対する制御を行うべく、制御信号S130〜S132を出力する。
これらのPCM60の各構成要素は、CPU、当該CPU上で解釈実行される各種のプログラム(OSなどの基本制御プログラムや、OS上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのROMやRAMの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。
図3は、本発明の実施形態によるターボ過給機付きエンジンの制御装置がエンジンEを制御するエンジン制御処理のフローチャートであり、図4は、本発明の実施形態によるターボ過給機付きエンジンの制御装置がトルク低減量を決定するトルク低減量決定処理のフローチャートであり、図5は、本発明の実施形態によるターボ過給機付きエンジンの制御装置が決定する付加減速度と操舵速度との関係を示したマップであり、図6は、本発明の実施形態によるターボ過給機付きエンジンの制御装置が大型ターボチャージャー5aと小型ターボチャージャー5bによる過給を切り替える運転領域を概念的に示したマップである。
エンジン制御処理が開始されると、図3に示すように、ステップS1において、PCM60は車両の運転状態を取得する。具体的には、PCM60は、操舵角センサ96が検出した操舵角、アクセル開度センサ97が検出したアクセル開度、車速センサ98が検出した車速、車両の変速機に現在設定されているギヤ段等を含む、上述した各種センサ96〜110が出力した検出信号S96〜S110等を運転状態として取得する。
その結果、操舵速度の絶対値が減少していない場合、即ち操舵速度の絶対値が増大している又は操舵速度の絶対値が変化していない場合、ステップS24に進み、トルク低減量決定部63は、操舵速度に基づき目標付加減速度を取得する。この目標付加減速度は、ドライバの意図した車両挙動を正確に実現するために、ステアリング操作に応じて車両に付加すべき減速度である。
図5における横軸は操舵速度を示し、縦軸は目標付加減速度を示す。図5に示すように、操舵速度が閾値TS(例えば10deg/s)未満の場合、対応する目標付加減速度は0である。即ち、操舵速度が閾値TS未満の場合には、ステアリング操作に応じて車両に減速度を付加する制御が行われない。
一方、操舵速度が閾値TS以上の場合には、操舵速度が増大するに従って、この操舵速度に対応する目標付加減速度は、所定の上限値Dmax(例えば1m/s2)に漸近する。即ち、操舵速度が増大するほど目標付加減速度は増大し、且つ、その増大量の増加割合は小さくなる。
具体的には、トルク低減量決定部63は、前回の処理において決定した付加減速度から今回の処理のステップS24において決定した目標付加減速度への増大率がRmax以下である場合、ステップS24において決定した目標付加減速度を今回の処理における付加減速度として決定する。
一方、前回の処理において決定した付加減速度から今回の処理のステップS24において決定した目標付加減速度への変化率がRmaxより大きい場合、トルク低減量決定部63は、前回の処理において決定した付加減速度から今回の処理時まで増大率Rmaxにより増大させた値を今回の処理における付加減速度として決定する。
続いて、ステップS8において、エンジン制御部69は、ステップS7において設定した要求噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、燃料の噴射パターンと、燃圧とを設定する。
次に、ステップS9において、エンジン制御部69は、ステップS8において設定した噴射パターン及び燃圧に基づき、燃料噴射弁20を制御する。
具体的には、エンジン制御部69は、ステップS10において設定したEGR・ターボ制御用最終目標トルク及びエンジン回転数が図6に示したマップにおける何れの運転領域に該当するかを特定し、該当する運転領域について設定されている過給状態を、大型ターボチャージャー5a及び小型ターボチャージャー5bのそれぞれによる過給状態として設定する。
例えば、負荷(EGR・ターボ制御用最終目標トルク)及びエンジン回転数が何れも相対的に低い始動/半暖機領域では、大型ターボチャージャー5a及び小型ターボチャージャー5bによる過給は行われない。
また、エンジン回転数が相対的に低く且つ始動/半暖機領域外の低回転領域では、低い排気エネルギーでも効率よく過給を行うために、大型ターボチャージャー5a及び小型ターボチャージャー5bによる2段過給が行われる。
また、エンジン回転数が相対的に高い高回転領域では、吸気抵抗を少なくし多量の空気を効率よく過給するために、大型ターボチャージャー5aのみによる単段過給が行われる。また、高回転領域の中でも相対的に負荷が高く且つエンジン回転数が高いウェイストゲートバルブ5eでの過給圧制御領域では、過給圧が高くなりすぎることを防止するために、ウェイストゲートバルブ5eにより大型ターボチャージャー5aの過給圧の調整が行われる。
例えば、エンジンEの運転状態が始動/半暖機領域であり、大型ターボチャージャー5a及び小型ターボチャージャー5bによる過給を行わない場合、コンプレッサバイパスバルブ5c、レギュレートバルブ5d、及びウェイストゲートバルブ5eは開状態に設定される。
また、エンジンEの運転状態が低回転領域であり、大型ターボチャージャー5a及び小型ターボチャージャー5bによる2段過給を行う場合、コンプレッサバイパスバルブ5cは閉状態に設定され、レギュレートバルブ5dは目標過給圧に応じて閉状態と開状態との間で設定され、ウェイストゲートバルブ5eは閉状態に設定される。
また、エンジンEの運転状態が高回転領域であり、大型ターボチャージャー5aによる単段過給を行う場合、コンプレッサバイパスバルブ5c及びレギュレートバルブ5dは開状態に設定され、ウェイストゲートバルブ5eは目標過給圧に応じて閉状態と半開状態との間で設定される。
また、エンジンEの運転状態がウェイストゲートバルブ5eでの過給圧制御領域であり、過給を行わないか又は大型ターボチャージャー5aによる単段過給を行う場合、コンプレッサバイパスバルブ5c及びレギュレートバルブ5dは開状態に設定され、ウェイストゲートバルブ5eは目標過給圧に応じて閉状態と開状態との間で設定される。
この場合、エンジン制御部69は、ステップS13において設定した開度に応じてコンプレッサバイパスバルブ5c、レギュレートバルブ5d及びウェイストゲートバルブ5eのそれぞれのアクチュエータを制御すると共に、ターボ過給機5による過給圧を、ステップS12において取得した目標過給圧に近づけるように各アクチュエータをフィードバック制御する。なお、エンジン制御部69は、ターボ過給機5による過給圧を、例えば、吸気圧センサ103、108や排気圧センサ109の検出信号S103、S108、S109に基づき算出する。
ステップS9及びS14の後、PCM60は、エンジン制御処理を終了する。
この図7(b)に示すように、位置Aにおいて右向きの操舵が開始され、ステアリングの切り足し操作が行われることにより右向きの操舵角が徐々に増大し、位置Bにおいて右向きの操舵角が最大となる。その後、位置Cまで操舵角が一定に保たれる(操舵保持)。
車両の操舵速度は、車両の操舵角の時間微分により表される。即ち、図7(c)に示すように、位置Aにおいて右向きの操舵が開始された場合、右向きの操舵速度が生じ、位置Aと位置Bとの間において操舵速度がほぼ一定に保たれる。その後、右向きの操舵速度は減少し、位置Bにおいて右向きの操舵角が最大になると、操舵速度は0になる。更に、位置Bから位置Cまで右向きの操舵角が保持される間、操舵速度は0のままである。
図7(d)では、位置Aから増大を開始した目標付加減速度の増大率が閾値Rmaxを上回っている場合を示している。この場合、トルク低減量決定部63は、増大率=Rmaxとなるように(即ち一点鎖線で示した目標付加減速度よりも緩やかな増大率で)付加減速度を増大させる。また、位置Aと位置Bとの間において目標付加減速度がほぼ一定に保たれている場合、トルク低減量決定部63は、付加減速度=目標付加減速度として決定する。
上述したように、トルク低減量決定部63は、付加減速度を実現するために必要となるトルク低減量を、現在の車速、ギヤ段、路面勾配等のパラメータに基づき決定する。従って、これらのパラメータが一定である場合、トルク低減量は、図7(d)に示した付加減速度の変化と同様に変化するように決定される。
アクセル開度、車速、ギヤ段等に基づき設定された目標加速度を実現するように決定された基本目標トルクは、図7(f)に点線で示すように、各種の外乱やノイズ等により急峻な変化を含む場合がある。この基本目標トルクをトルク変化フィルタ67により平滑化することで、図(f)に実線で示すように急峻な変化が抑制され、車両の急激な加減速が抑制されるようになっている。
図3を参照して説明したように、最終目標トルク決定部65は、ステップS4において平滑化を行った後の基本目標トルクから、ステップS5のトルク低減量決定処理において決定したトルク低減量を減算することにより、燃料噴射制御用最終目標トルクを決定する。この最終目標トルクを決定するために用いられる基本目標トルクとトルク低減量の内、トルク変化フィルタ67による平滑化が行われるのは、アクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき決定された基本目標トルクのみである。言い換えると、最終目標トルクの時間変化において、アクセルペダルの操作以外の運転状態であるステアリング操作に基づき決定されたトルク低減量に対応する時間変化については、トルク変化フィルタ67による平滑化が行われない。従って、図7(g)に実線で示すように、トルク低減量はトルク変化フィルタ67によりなまされることなく、そのまま最終目標トルクに反映される。
図7(i)の例では、エンジン制御部69は、ステップS6において設定した燃料噴射制御用最終目標トルクの時間変化において、トルク低減量に対応する時間変化については燃料噴射弁20から噴射させる燃料噴射量により制御を行う。従って、要求噴射量は、図7(i)に実線で示すように、図7(g)に示した燃料噴射制御用最終目標トルクの時間変化と同じように変化する。
仮に、目標過給圧を燃料噴射制御用最終目標トルクに基づき決定した場合、目標過給圧は、図7(j)に点線で示すように、トルク低減量に応じて変化することになる。しかしながら、本実施形態においては、図7(h)に示したように、EGR・ターボ制御用最終目標トルクにはトルク低減量の変化が反映されず、平滑化後の基本目標トルクの時間変化と同じように変化するので、このEGR・ターボ制御用最終目標トルクに基づき設定された目標過給圧は、図7(j)に実線で示すように、トルク低減量に応じて変化することなく、平滑化後の基本目標トルクの時間変化と同じように変化する。
目標過給圧は、図7(j)に示したように平滑化後の基本目標トルクの時間変化と同じように変化するので、この目標過給圧に基づき決定されたウェイストゲートバルブ5eの指示デューティも、トルク低減量に応じて変化することなく、平滑化後の基本目標トルクの時間変化と同じように変化する。
目標過給圧は、図7(j)に示したように平滑化後の基本目標トルクの時間変化と同じように変化するので、この目標過給圧に基づき決定されたレギュレートバルブ5dの目標開度も、トルク低減量に応じて変化することなく、平滑化後の基本目標トルクの時間変化と同じように変化する。
位置Aにおいて右向きの操舵が開始され、右向きの操舵速度が増大するにつれて図7(e)に示したようにトルク低減量を増大させると、車両の操舵輪である前輪の荷重が増加する。その結果、前輪と路面との間の摩擦力が増加し、前輪のコーナリングフォースが増大するため、車両の回頭性が向上する。即ち、図7(m)に示すように、位置Aと位置Bとの間において、トルク低減量に対応する制御を行わなかった場合(点線)よりも、トルク低減量を反映した燃料噴射制御用最終目標トルクに基づき燃料噴射量の制御を行った場合(実線)の方が、車両に発生する時計回り(CW)のヨーレートが大きくなる。
また、図7(d)、(e)に示したように、位置Bに向かって操舵速度が減少するとき目標付加減速度も減少するが、トルク低減量を最大値のまま維持しているので、操舵の切り込みが継続されている間は前輪に付加した荷重が維持され、車両の回頭性が保たれる。
更に、位置Bから位置Cにおいて操舵角の絶対値が一定である場合、トルク低減量を滑らかに減少させるので、操舵の切り込みの終了に応じて徐々に前輪に付加した荷重を低減し、前輪のコーナリングフォースを減少させることにより車体を安定させつつ、エンジンEの出力トルクを回復させる。
上述した実施形態においては、トルク低減量決定部63は、操舵速度に基づき目標付加減速度を取得し、この目標付加減速度に基づいてトルク低減量を決定すると説明したが、アクセルペダルの操作以外の車両の運転状態(操舵角、ヨーレート、スリップ率等)に基づきトルク低減量を決定するようにしてもよい。
例えば、トルク低減量決定部63は、操舵角及び車速から算出した目標ヨーレートや、ヨーレートセンサから入力されたヨーレートに基づき、車両に発生させるべき目標ヨー加速度を算出し、その目標ヨー加速度に基づき目標付加減速度を取得して、トルク低減量を決定するようにしてもよい。あるいは、加速度センサにより、車両の旋回に伴って発生する横加速度を検出し、この横加速度に基づきトルク低減量を決定するようにしてもよい。あるいは、トルク低減量決定部63は、目標付加減速度とは異なる要求(例えば、加減速時のパワートレインの振動を打ち消すために必要なトルク)に基づきトルク低減量を決定するようにしてもよい。
この場合、エンジン制御部69は、トルク低減量の変化に対応する最終目標トルクの変化に応じたターボ過給機5の制御を制限する。例えば、図3に示したエンジン制御処理のステップS10において、最終目標トルク決定部65は、ステップS4において平滑化を行った後の基本目標トルクから、ステップS5のトルク低減量決定処理において決定したトルク低減量に1未満の補正係数を乗じた補正トルク低減量を減算することにより、ターボ過給機5及びEGR装置43を制御するためのEGR・ターボ制御用最終目標トルクを決定する。このように決定したEGR・ターボ制御用最終目標トルクでは、基本目標トルクからトルク低減量をそのまま減算した燃料噴射制御用最終目標トルクと比較して、トルク低減量の変化に対応する最終目標トルクの変化が小さくなるので、トルク低減量の変化に対応する最終目標トルクの変化に応じたターボ過給機5の制御が制限される。
また、エンジン制御部69は、トルク低減量の変化に対応する最終目標トルクの変化に応じたターボ過給機5の制御を制限するので、トルク低減量をそのまま反映した燃料噴射制御用最終目標トルクの瞬間的な変化に応じてターボ過給機5を制御することにより過給圧が低下することを防止し、その後目標トルクが瞬間的に上昇した場合、目標トルクの上昇に対して高い応答性で過給圧を上昇させることができ、これにより、加速レスポンスの悪化を抑制することができる。
5 ターボ過給機
5a 大型ターボチャージャー
5b 小型ターボチャージャー
5c コンプレッサバイパスバルブ
5d レギュレートバルブ
5e ウェイストゲートバルブ
20 燃料噴射弁
41 排気通路
43 EGR装置
60 PCM
61 基本目標トルク決定部
63 トルク低減量決定部
65 最終目標トルク決定部
67 トルク変化フィルタ
69 エンジン制御部
200 エンジンシステム
E エンジン
Claims (8)
- ターボ過給機を有するエンジンを、車両の運転状態に基づき制御するターボ過給機付きエンジンの制御装置であって、
アクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき基本目標トルクを決定する基本目標トルク決定手段と、
車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段と、
上記旋回状態に基づき、上記エンジンのトルクを低減させ、その後にトルクを上昇させるように、トルク低減量を決定するトルク低減量決定手段と、
上記基本目標トルクと上記トルク低減量とに基づき最終目標トルクを決定する最終目標トルク決定手段と、
上記最終目標トルクを出力させるように上記エンジンを制御するエンジン制御手段と、 上記最終目標トルクに基づき上記ターボ過給機を制御するターボ過給機制御手段と、を有し、
上記ターボ過給機制御手段は、上記トルク低減量の増大に応じて上記ターボ過給機の過給圧が低下することを制限することを特徴とするターボ過給機付きエンジンの制御装置。 - 上記ターボ過給機制御手段は、上記基本目標トルクを上記エンジンに出力させる場合のエンジンの状態に基づき上記ターボ過給機を制御する、請求項1に記載のターボ過給機付きエンジンの制御装置。
- 上記旋回状態検出手段は、車両のステアリング操作を検出し、
上記トルク低減量決定手段は、上記ステアリング操作に応じて上記トルク低減量を決定する、請求項1又は2に記載のターボ過給機付きエンジンの制御装置。 - 上記旋回状態検出手段は、ステアリングホイールの回転角度を検出し、
上記トルク低減量決定手段は、車両の操舵速度が増大するほど、上記トルク低減量を増大させ且つこの増大量の増加割合を低減するように、上記トルク低減量を決定する請求項3に記載のターボ過給機付きエンジンの制御装置。 - 上記基本目標トルク決定手段は、上記アクセルペダルの操作を含む上記車両の運転状態に基づき車両の目標加速度を決定し、その目標加速度に基づき上記基本目標トルクを決定する、請求項1乃至4の何れか1項に記載のターボ過給機付きエンジンの制御装置。
- 上記ターボ過給機付きエンジンの制御装置は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンの制御装置であり、
上記エンジン制御手段は、上記最終目標トルクを上記ディーゼルエンジンに出力させるように上記燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する請求項1乃至5の何れか1項に記載のターボ過給機付きエンジンの制御装置。 - 上記ターボ過給機付きエンジンの制御装置は、気筒内に導入される空気量を制御する空気量制御手段と、気筒内の混合気に点火する点火装置とを備えたガソリンエンジンの制御装置であり、
上記エンジン制御手段は、上記最終目標トルクを上記ガソリンエンジンにより出力させるように、上記空気量制御手段により気筒内に導入される空気量を制御し、及び/又は、上記点火装置による点火時期を制御する請求項1乃至5の何れか1項に記載のターボ過給機付きエンジンの制御装置。 - ターボ過給機を有するエンジンを、車両の運転状態に基づき制御するターボ過給機付きエンジンの制御装置であって、
アクセルペダルの操作を含む車両の運転状態に基づき上記ターボ過給機を制御するターボ過給機制御手段と、
車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段と、
上記旋回状態に基づき、上記エンジンのトルクを低減させ、その後にトルクを上昇させるように上記エンジンを制御するエンジン制御手段と、を有し、
上記ターボ過給機制御手段は、上記旋回状態に基づくトルクの低減に応じて上記ターボ過給機の過給圧が低下することを制限することを特徴とするターボ過給機付きエンジンの制御装置。
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